智能控制理論、方法與應(yīng)用

前言

智能控制是在人工智能和自動控制等多學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的交叉學(xué)科。隨著社會和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的控制理論面臨著很大的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在傳統(tǒng)的控制理論在處理系統(tǒng)的復(fù)雜性、多變量的耦合性和不確定性問題時顯得無能為力。在此背景下，模糊推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和專家系統(tǒng)等智能控制技術(shù)取得了長足的發(fā)展。當(dāng)前，國內(nèi)外控制界把復(fù)雜系統(tǒng)的控制作為控制科學(xué)與工程學(xué)科發(fā)展的前沿方向。正是基于這些原因，許多院校已將智能控制理論作為碩士研究生和大學(xué)本科高年級學(xué)生的首選或必選計算機控制課程。本教材以智能控制理論為主線，全面系統(tǒng)地介紹了模糊控制、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法的理論方法及系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)技術(shù)。其突出的優(yōu)點是在復(fù)雜系統(tǒng)的基礎(chǔ)上利用技術(shù)和現(xiàn)代智能控制手段，建立遞階智能控制系統(tǒng)。本書通過對國內(nèi)外工藝過程的控制要求及發(fā)展方向的分析研究，跟蹤和借鑒國外模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)在復(fù)雜工藝過程中的發(fā)展趨勢和應(yīng)用成果，探討和研究了信息融合領(lǐng)域的前沿課題，并提出了用遞階和分層技術(shù)對數(shù)據(jù)融合、集成、決策和推理，大大提升了智能控制的內(nèi)容和實現(xiàn)手段。全書共7章，前6章詳細(xì)闡述了基本概念和方法，通過例題加深學(xué)生對內(nèi)容的理解，每章給出習(xí)題以幫助理解基本概念；第7章為應(yīng)用篇，介紹的多個綜合例子都是作者近年來在國家重大科研項目中的研究成果。其中上海市自然基金項目“高爐智能系統(tǒng)的快速推理機制的分析”已經(jīng)專家鑒定，其成果達(dá)到國際先進(jìn)水平，并申請三項國家發(fā)明專利。發(fā)表相關(guān)論文近二十篇，被SCI、EI、ISTP收錄6篇，受到了國際學(xué)術(shù)界的肯定。由于作者水平有限，書中難免有錯誤和不妥之處，懇請廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書以智能控制理論為主線，全面系統(tǒng)地介紹了智能控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法的理論方法及系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)技術(shù)。全書共7章，第1章概述智能控制的發(fā)展過程及所面臨的問題，綜述了智能控制的研究內(nèi)容及特點。第2章講述了遞階智能控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了信息層次性，采用數(shù)據(jù)融合的方法建立系統(tǒng)框架。第3章主要介紹了模糊數(shù)學(xué)的一些基本概念及運算規(guī)則，同時介紹了模糊控制系統(tǒng)的組成及設(shè)計方法。第4章介紹了專家系統(tǒng)和專家控制方法，概述了傳統(tǒng)人工智能的知識表示方法和搜索推理技術(shù)。第5章主要介紹了前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等幾種常用網(wǎng)絡(luò)的基本原理與建模方法。第6章主要介紹了遺傳算法的基本原理與實現(xiàn)過程，并對其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)進(jìn)行了綜述，同時還提出了遺傳算法的幾種改進(jìn)措施及其和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。第7章是智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用，具體給出了六個綜合智能控制系統(tǒng)在工程上應(yīng)用實例，以給讀者提供對不同復(fù)雜生產(chǎn)制造過程建立智能控制系統(tǒng)的方法和手段。    本書注重理論基礎(chǔ)，強調(diào)實際應(yīng)用，可作為高等院校碩士研究生和高年級本科生的教材，也可供控制科學(xué)與工程、計算機控制、系統(tǒng)工程、電氣工程及相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

1 緒論  1.1 傳統(tǒng)控制所面臨的問題  1.2 智能控制的定義、特點及其發(fā)展歷史  1.3 智能控制的主要研究內(nèi)容    1.3.1 模糊控制    1.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制    1.3.3 遺傳算法  1.4 智能控制面臨的問題  習(xí)題2 遞階智能系統(tǒng)  2.1 遞階智能系統(tǒng)概述    2.1.1 信息的層次    2.1.2 信息的特征  2.2 遞階智能系統(tǒng)的信息處理    2.2.1 基本概念    2.2.2 基本方法  2.3 遞階智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合    2.3.1 分解與綜合    2.3.2 數(shù)據(jù)融合  2.4 遞階智能系統(tǒng)的優(yōu)化算法  習(xí)題3 模糊控制理論  3.1 概述    3.1.1 模糊控制理論簡介    3.1.2 模糊理論的發(fā)展簡史    3.1.3 模糊控制理論的特點  3.2 模糊集合與隸屬函數(shù)    3.2.1 從經(jīng)典集合到模糊集合    3.2.2 模糊集合及其運算    3.2.3 隸屬函數(shù)  3.3 模糊矩陣與模糊關(guān)系    3.3.1 模糊矩陣的定義及其運算    3.3.2 模糊關(guān)系    3.3.3 模糊關(guān)系的合成  3.4 模糊邏輯與模糊推理    3.4.1 語言變量與蘊含關(guān)系    3.4.2 模糊推理的方式    3.4.3 模糊推理的性質(zhì)  3.5 模糊控制器    3.5.1 模糊控制結(jié)構(gòu)概述    3.5.2 模糊控制器的設(shè)計結(jié)構(gòu)    3.5.3 輸入向量的模糊化    3.5.4 規(guī)則庫和推理機    3.5.5 輸出向量的解模糊  3.6 模糊單點算法優(yōu)化    3.6.1 傳統(tǒng)的模糊查詢表算法    3.6.2 由傳統(tǒng)模糊查詢表算法推導(dǎo)出模糊單點算法    3.6.3 二輸入下的模糊單點算法及編程思路  習(xí)題4 專家系統(tǒng)  4.1 專家系統(tǒng)概述    4.1.1 專家系統(tǒng)簡介    4.1.2 專家系統(tǒng)發(fā)展簡史    4.1.3 專家系統(tǒng)的特點  4.2 專家系統(tǒng)類型及基本組成    4.2.1 專家系統(tǒng)的類型    4.2.2 專家系統(tǒng)的基本組成  4.3 專家系統(tǒng)的知識表示法    4.3.1 邏輯表示法    4.3.2 產(chǎn)生式表示法    4.3.3 框架表示法    4.3.4 “與或圖”表示法    4.3.5 語義網(wǎng)絡(luò)表示法  4.4 專家系統(tǒng)的推理機制  ……5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)6 遺傳算法7 應(yīng)用篇參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：2.1 遞階智能系統(tǒng)概述隨著工業(yè)規(guī)模的擴大和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，多目標(biāo)、多傳感器的數(shù)據(jù)處理和融合是遞階智能控制系統(tǒng)首先要解決的問題。本章根據(jù)智能控制過程信息的層次和特征，分別給出信息處理和融合的方法，并對遞階智能系統(tǒng)優(yōu)化算法作了簡要介紹，為遞階智能系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。遞階智能控制系統(tǒng)是分層次地自適應(yīng)地管理一個多變量、多任務(wù)的被控對象的全面行為，使之滿足預(yù)期要求。它能夠根據(jù)被控對象的管理、調(diào)度、調(diào)節(jié)和連鎖控制的分層特性，建立起管理范圍上大下小、調(diào)度職能上強下弱、控制功能上宏觀下具體的遞階架構(gòu)。遞階智能控制系統(tǒng)是一類復(fù)雜的智能控制系統(tǒng)，具有解釋、診斷、推理、預(yù)報、規(guī)劃、控制等多種功能。它能夠解釋被控對象當(dāng)前發(fā)生的情況，診斷可能發(fā)生的問題及其原因，預(yù)測和推理未來可能發(fā)生的情況，不斷修正計劃，并控制計劃的執(zhí)行。本章主要介紹遞階智能系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識和基本方法。2.1.1 信息的層次人類社會經(jīng)歷了農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會后進(jìn)入了信息化社會。信息化社會的兩個顯著標(biāo)志：一是信息空間的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，信息所覆蓋的范圍越來越大，信息的種類越來越復(fù)雜；二是人們獲取信息的手段和方法越來越多樣化，獲取的信息量越來越大。在這樣一個大信息量的年代，人們面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)：一是如何探索和制作不同的傳感器，更多更準(zhǔn)確地獲得復(fù)雜過程的各個側(cè)面和層次的信息；二是面對所獲得的這些不確定的非線性的、非穩(wěn)定的和多樣化信息如何用不同的表示方法和技術(shù)手段去構(gòu)造智能控制系統(tǒng)。由于信息的種類紛繁復(fù)雜，其分層的方法也有許多種方式，例如可以按信息所覆蓋的范圍分，也可以按信息受污染的程度分。而遞階智能控制系統(tǒng)信息的層次可以表示如下。（1）系統(tǒng)通信信號：整個大系統(tǒng)內(nèi)上下游流程間物料平衡和供需關(guān)系信號以及技術(shù)規(guī)范信號，主要由網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)。（2）操作指令：主要來源于工長、操作工和巡檢員的控制信號，包括生產(chǎn)的目標(biāo)值、化學(xué)成分的標(biāo)準(zhǔn)值及相關(guān)參數(shù)的權(quán)重和閾值等。

編輯推薦

《智能控制理論、方法與應(yīng)用》：上海市本科教育高地建設(shè)機械制造及其自動化系列教材。

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